基于拓扑优化理论的悬索桥双吊杆索夹优化设计

摘要：

索夹是连接悬索桥主缆和吊索普遍采用的关键构件,该部位的设计目前主要取决于相应的力学标准和设计者的经验,此方法存在明显的局限性,故进行索夹空间具体形式的研究十分必要.以长沙市三汊矶湘江大桥为工程背景,取索夹耳板及过渡部位作为主要研究对象,建立不同倾角的双吊杆索夹有限元实体模型,分析索夹基本结构的力学性能.基于变密度法连续体拓扑优化理论,在静力分析的基础上对索夹基本结构进行优化设计.根据拓扑优化结果分析,优化后索夹结构模型图与基本结构应力云图具有明显相似性,可参照基本结构静力分析中应力等值线进行新型索夹的概念设计.综合考虑优化后索夹结构侧边线倾角的变化规律和索夹设计区域相对索夹中心的偏移幅度,调整索夹吊孔位置使吊索合力尽可能的通过索夹中心.拓扑优化中索夹设计区域的偏移距离与吊索力的偏移距离存在显著的线性函数关系,经过线性回归分析,得到优化后索夹形状的简化拟合公式,在满足索夹抗滑及结构受力均匀的前提下使材料用量最经济.研究结果表明:在满足结构应力安全储备的前提下,优化后索夹结构的耳板相较于基本结构减重约50％～60％,相较于原工程背景结构减重约20％.索夹拓扑优化实现了结构轻质、高强和经济的设计目标,为同类索夹设计提供了一种新的可行方案.

关键词：索夹、拓扑优化、悬索桥、倾角

所属期刊栏目：19

分类号：U443.38(桥涵工程)

资助基金：国家自然科学基金;国家自然科学基金

在线出版日期：2022-08-29（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共9页

页码：1945-1953